莱斯大学开发出可用于下一代微芯片、量子器件的氮化硼复合材料

正如碳构成了2B铅笔的脆芯和切削工具中比钢更硬的金刚石一样，氮化硼产生的化合物可以是软的，也可以是硬的。然而，与碳不同，人们对氮化硼的形态及其对温度和压力变化的响应知之甚少。

莱斯大学的科学家将六方氮化硼（一种软质，也称为“白石墨”）与立方氮化硼（硬度仅次于钻石的材料）混合，发现由此产生的纳米复合材料以意想不到的方式与光和热相互作用，这可能在下一代微芯片、量子器件和其他先进技术应用中有用。

研究科学家Abhijit Biswas表示：“六方氮化硼广泛用于各种产品，如涂料、润滑剂和化妆品。它非常柔软，是一种很好的润滑剂，而且非常轻。它也很便宜，并且在室温和大气压下非常稳定。

立方氮化硼也是一种非常有趣的材料，其特性使其在电子领域非常有前景。与六方氮化硼不同，它非常坚硬，接近钻石的硬度。

这两种看似相反的材料的复合材料在不同功能上都优于其母体材料。

研究人员表示，我们发现这种复合材料导热率低，这意味着它可以用作电子设备中的隔热材料。混合材料的热性能和光学性能与两种氮化硼品种的平均性能有很大不同。

该研究的通讯作者之一Hanyu Zhu表示，他预计对于这种类型的无序材料，二次谐波产生的光学特性将会很小。但事实证明，加热后它相当大，比单独的材料和未经处理的混合物都大一个数量级。复合材料中的硼和氮原子表现出更大的规律性，并形成更大的晶粒，其中晶粒表示晶格中连贯排列的一组原子的大小。

一些理论家认为，在环境条件下，立方氮化硼更稳定。但通过实验，人们发现六方氮化硼非常稳定。我们在实验中看到的情况与人们在理论上所说的相反，而且仍然有争议。

当复合材料经过一种被称为放电等离子体烧结的快速高温技术时，它转变为六方氮化硼。研究人员说，这证实了理论预测，并有助于更全面地了解哪些种类的氮化硼在什么条件下出现。

此外，该处理后获得的六方氮化硼的质量比最初用于混合物的六方氮化硼的质量更高。

研究人员说，我们接下来要研究的是放电等离子烧结技术是否能够单独提高六方氮化硼的质量，或者是否需要复合材料来达到这种效果。

这项研究7月25日发表在《纳米快报》上，DOI：10.1021/acs.nanolett.3c01537